FR2855088A1

FR2855088A1 - Propellant charge cartridge for tool such as nail gun has case divided into two compartments with at least one, containing ammonium nitrate, impermeable to fluids

Info

Publication number: FR2855088A1
Application number: FR0405523A
Authority: FR
Inventors: Gerhard Ehmig
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-05-24
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2004-11-26
Also published as: US20040244626A1; DE10323531B3; ZA200403924B; CN100448621C; CN1572431A

Abstract

The cartridge comprises case (10) with detonator (15) and propellant charge. Its inner volume is divided by a partition (16.1) into two compartments (11,12): the first containing propellant agent based on nitrocellulose (13), and second containing ammonium nitrate (14) and made to be impermeable to fluids. The two compartments are located along axis of cartridge on either side of partition. The cartridge comprises case (10) with detonator (15) and propellant charge. Its inner volume is divided by a partition (16.1) into two compartments (11,12), the first containing propellant agent based on nitrocellulose (13), and second containing ammonium nitrate (14) and made to be impermeable to fluids. The two compartments are located one behind the other along axis of cartridge on either side of partition, which is in the form of a nitrocellulose cardboard disc.

Description

Unité de charge propulsive,Propellant charge unit,

en particulier pour outils de scellement de goujons La présente invention concerne une unité de charge 10 propulsive, telle qu'une cartouche, pour outils de scellement actionnés par combustion interne, avec un corps de douille et avec une charge propulsive disposée dans l'espace intérieur du corps de douille et avec au moins un moyen d'amorçage pour la charge propulsive. De telles 15 unités de charge propulsive, par exemple sous forme de cartouches ou blisters équipés de charges propulsives en poudre, sont utilisées avec des outils de scellement de goujons, dans lesquels elles servent de moyen d'entraînement d'un piston-poussoir. The present invention relates to a propellant charge unit, such as a cartridge, for internal combustion actuated seal tools, with a socket body and with a propellant charge disposed in the interior space. of the socket body and with at least one priming means for the propellant charge. Such propellant charge units, for example in the form of cartridges or blisters equipped with powder propellant charges, are used with stud sealing tools, in which they serve as a means for driving a push piston.

Une telle unité de charge propulsive est connue du document DE 39 10 392 Ai, o une charge propulsive est logée dans une cavité d'un logement semblable à une cartouche et o une unité d'amorçage est disposée latéralement dans un évidement du logement. Such a propellant charge unit is known from document DE 39 10 392 Ai, where a propellant charge is housed in a cavity of a cartridge-like housing and where a priming unit is disposed laterally in a recess in the housing.

Pour les unités de charges propulsives, il est souhaitable d'utiliser des poudres autant que possible non polluantes. For propellant charge units, it is desirable to use non-polluting powders as much as possible.

Or les poudres disponibles actuellement sont relativement chères et elles produisent des scories qui ne sont pas supportables ou acceptables sur les outils de scellement de goujons actuels. However, the powders currently available are relatively expensive and they produce slag which is not bearable or acceptable on current stud sealing tools.

Le nitrate d'ammonium (NA) constitue un composant d'agent 5 propulseur très intéressant du point de vue de l'environnement, puisqu'il ne libère pas de toxines avant ou après la transformation chimique dans l'outil de scellement et ne dégage que des produits de réaction gazeux. L'inconvénient est cependant que le NA est très 10 hygroscopique. Ammonium nitrate (NA) is a very advantageous propellant component from an environmental point of view, since it does not release toxins before or after chemical transformation in the sealing tool and does not release than gaseous reaction products. The downside, however, is that the NA is very hygroscopic.

Le document US 3 753 810 présente une poudre d'agent propulseur enveloppée, à base de nitrocellulose (NC) et de NA. Dans cette poudre d'agent propulseur, les grains ou granulés sont protégés de l'humidité par au moins une 15 enveloppe de nitrocellulose contenant de l'aluminium sous forme de poudre. Le procédé de fabrication d'une telle poudre d'agent propulseur est cependant très onéreux et la poudre est donc relativement chère. Document US 3,753,810 presents an enveloped propellant powder, based on nitrocellulose (NC) and NA. In this propellant powder, the grains or granules are protected from humidity by at least one nitrocellulose envelope containing aluminum in powder form. The method of manufacturing such a propellant powder is however very expensive and the powder is therefore relatively expensive.

Par ailleurs, en cas de fortes variations de température, 20 par exemple pendant le stockage, des conversions de phase du NA peuvent abîmer l'enveloppe d'aluminium. Furthermore, in the event of large temperature variations, for example during storage, phase conversions of the NA can damage the aluminum shell.

Le but de la présente invention est donc de développer une unité de charge propulsive du type indiqué ci-dessus, par exemple une cartouche, qui évite les inconvénients 25 mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, on aménage dans l'espace intérieur du corps de douille une première chambre et une seconde chambre, dont au moins la seconde chambre est fermée de manière étanche aux fluides. On dispose dans la première chambre des agents propulseurs nitrocellulosiques et dans la seconde chambre de la poudre de nitrate d'ammonium. Au sens de l'invention, les agents propulseurs nitrocellulosiques sont de la nitrocellulose sous forme de pâte, de grains, de poudre ou de fibres avec et sans additifs, par exemple de la nitroglycérine. The object of the present invention is therefore to develop a propellant charge unit of the type indicated above, for example a cartridge, which avoids the drawbacks mentioned above. According to the invention, a first chamber and a second chamber are arranged in the interior space of the sleeve body, at least the second chamber of which is closed in a fluid-tight manner. Nitrocellulosic propellants are available in the first chamber and ammonium nitrate powder in the second chamber. Within the meaning of the invention, the nitrocellulosic propellants are nitrocellulose in the form of paste, grains, powder or fibers with and without additives, for example nitroglycerin.

L'agent propulseur nitrocellulosique se trouvant dans l'unité de charge propulsive ou dans la cartouche s'amorce facilement et sa quantité est adaptée à la poudre de nitrate d'ammonium de manière à obtenir de préférence un bilan d'oxygène neutre. Cela est favorable au plan 10 énergétique et évite une corrosion éventuelle de l'appareil en raison de l'excédent d'oxygène. Comme la poudre de nitrate d'ammonium est stockée séparément de l'agent propulseur nitrocellulosique, l'amorçage de la poudre de nitrocellulose n'est pas perturbé par une distribution 15 indéfinie de la poudre de nitrate d'ammonium dans l'agent propulseur nitrocellulosique. En séparant la poudre de nitrate d'ammonium et l'agent propulseur nitrocellulosique, il est possible d'obtenir un remplissage défini de l'unité de charge propulsive ou de la cartouche lors de la 20 fabrication. Par ailleurs, les variations de volume du nitrate d'ammonium en raison de ses changements de phase deviennent pratiquement sans importance, car les grains de nitrocellulose n'en sont pas affectés grâce au stockage séparé de la poudre de nitrate d'ammonium et de l'agent 25 propulseur nitrocellulosique. Enfin, le stockage séparé de la poudre de nitrate d'ammonium et de l'agent propulseur nitrocellulosique permet de réaliser un emballage du nitrate d'ammonium entièrement étanche à l'eau. De ce fait, l'hygroscopicité très gênante du nitrate d'ammonium devient 30 sans importance. On dispose ainsi d'une unité de charge propulsive qui est compatible avec l'environnement et offre une grande puissance de propulsion. The nitrocellulosic propellant in the propellant charge unit or in the cartridge is easily primed and its quantity is adapted to the ammonium nitrate powder so as to preferably obtain a neutral oxygen balance. This is favorable from an energy point of view and avoids possible corrosion of the device due to the excess of oxygen. Since the ammonium nitrate powder is stored separately from the nitrocellulosic propellant, the initiation of the nitrocellulose powder is not disturbed by an indefinite distribution of the ammonium nitrate powder in the nitrocellulosic propellant . By separating the ammonium nitrate powder and the nitrocellulosic propellant, it is possible to obtain a definite filling of the propellant charge unit or of the cartridge during manufacture. Furthermore, the variations in volume of ammonium nitrate due to its phase changes become practically unimportant, since the nitrocellulose grains are not affected by it by the separate storage of the ammonium nitrate powder and the nitrocellulosic propellant. Finally, separate storage of the ammonium nitrate powder and the nitrocellulosic propellant makes it possible to produce an ammonium nitrate packaging that is entirely waterproof. Therefore, the very troublesome hygroscopicity of ammonium nitrate becomes irrelevant. This provides a propellant charge unit which is compatible with the environment and offers great propulsion power.

Dans un développement avantageux de l'invention, les deux chambres sont disposées l'une derrière l'autre dans la 5 direction axiale du corps de douille. De préférence, on dispose d'abord le moyen d'amorçage au niveau du fond de l'unité de charge propulsive, puis on place l'agent propulseur nitrocellulosique dans la chambre tournée vers le ou les moyens d'amorçage et enfin la poudre de nitrate 10 d'ammonium dans la chambre antérieure, opposée au moyen d'amorçage. Grâce à cette mesure, le moyen d'amorçage, l'agent propulseur nitrocellulosique et le nitrate d'ammonium forment une chaîne d'amorçage. Les conditions d'amorçage du nitrate d'ammonium sont très bonnes dans le 15 cadre de la présente invention, puisque l'on dispose d'une énergie d'amorçage de 200 J environ, d'une température de 2500 C environ, d'une pression d'environ 1000 bars et de vitesses d'écoulement très élevées. Après l'amorçage, par exemple dans un outil de scellement, le mélange en ignition 20 de l'agent propulseur nitrocellulosique et de la poudre de nitrate d'ammonium est sans cesse mélangé pendant la combustion, par exemple dans la chambre de tourbillonnement d'un outil de scellement. Ce mélange permanent est très favorable à une bonne combustion. Il est également 25 avantageux que le volume de combustion soit maintenu pratiquement constant pendant le processus de combustion. In an advantageous development of the invention, the two chambers are arranged one behind the other in the axial direction of the socket body. Preferably, the priming means are first placed at the bottom of the propellant charge unit, then the nitrocellulosic propellant is placed in the chamber facing the priming means or, and finally the powder of ammonium nitrate in the anterior chamber opposite the priming means. Thanks to this measure, the priming means, the nitrocellulosic propellant and the ammonium nitrate form a priming chain. The starting conditions for ammonium nitrate are very good in the context of the present invention, since a starting energy of about 200 J is available, a temperature of about 2500 C, a pressure of around 1000 bars and very high flow velocities. After priming, for example in a sealing tool, the igniting mixture of the nitrocellulosic propellant and the ammonium nitrate powder is constantly mixed during combustion, for example in the vortex chamber of a sealing tool. This permanent mixture is very favorable for good combustion. It is also advantageous that the combustion volume is kept practically constant during the combustion process.

Cette combustion à volume constant et à forte densité de charge est très favorable à une bonne conversion de l'ensemble de la charge propulsive. This combustion at constant volume and at high charge density is very favorable for a good conversion of the entire propellant charge.

Dans un développement avantageux de la présente invention, les deux chambres à l'intérieur du corps de douille sont séparées par un élément séparateur. Cette mesure est intéressante du point de vue des méthodes de fabrication et permet une production simple de l'unité de charge propulsive selon l'invention. In an advantageous development of the present invention, the two chambers inside the socket body are separated by a separating element. This measurement is advantageous from the point of view of manufacturing methods and allows simple production of the propellant charge unit according to the invention.

Dans une autre variante de la présente invention, l'élément séparateur présente la forme d'un disque et est fait de carton nitrocellulosique. Cela présente l'avantage que le carton nitrocellulosique est combustible et qu'il ne peut donc pas de poser de problèmes de résidus éventuels de 10 l'élément séparateur. In another variant of the present invention, the separating element has the shape of a disc and is made of nitrocellulose cardboard. This has the advantage that the nitrocellulose cardboard is combustible and therefore cannot pose any problem of possible residues of the separating element.

Dans une autre forme de réalisation avantageuse, l'unité de charge propulsive présente la forme d'un blister ou d'une cartouche de type blister, c'est-à-dire que le corps de douille est formé d'un film de blister. Cette mesure permet 15 une fabrication économique et présente en outre l'avantage que le film de blister peut facilement être ouvert par la charge propulsive pendant le processus de combustion. In another advantageous embodiment, the propellant charge unit has the form of a blister or of a blister type cartridge, that is to say that the sleeve body is formed of a blister film . This measure allows economical manufacture and has the further advantage that the blister film can easily be opened by the propellant charge during the combustion process.

Il est par ailleurs intéressant que l'élément séparateur présente la forme d'un godet et soit fait dans un film de 20 plastique, par exemple un film de blister. Cet élément séparateur convient en particulier pour un emploi dans une cartouche de type blister, puisque le corps de douille et l'élément séparateur peuvent être soudés ou collés ensemble à leurs extrémités, ce qui permet d'obtenir une étanchéité 25 excellente entre les deux chambres. It is also advantageous if the separating element has the shape of a cup and is made of a plastic film, for example a blister film. This separating element is particularly suitable for use in a blister type cartridge, since the sleeve body and the separating element can be welded or glued together at their ends, which makes it possible to obtain an excellent seal between the two chambers. .

D'autres avantages et d'autres mesures apparaîtront dans la description qui va suivre et dans les dessins, illustrant deux exemples de réalisation de l'invention, qui représentent: la figure 1, une première forme de réalisation d'une unité de charge propulsive selon l'invention, en coupe longitudinale; la figure 2, une seconde forme de réalisation d'une unité 5 de charge propulsive selon l'invention, en coupe longitudinale. Other advantages and other measures will appear in the description which follows and in the drawings, illustrating two exemplary embodiments of the invention, which represent: FIG. 1, a first embodiment of a propellant charge unit according to the invention, in longitudinal section; Figure 2, a second embodiment of a propellant charge unit 5 according to the invention, in longitudinal section.

L'unité de charge propulsive représentée à la figure 1 présente la forme d'une cartouche et comporte un corps de douille 10 dont l'espace intérieur est subdivisé en deux 10 chambres 11, 12. Une charge propulsive placée dans l'unité de charge propulsive se compose d'un agent propulseur nitrocellulosique 13, par exemple de la poudre de nitrocellulose, dans la chambre 11 et de poudre de nitrate d'ammonium 14 dans la chambre 12, qui sont disposées l'une 15 derrière l'autre dans la direction axiale 20, la chambre 11 se situant directement sur le fond 17 de l'unité de charge propulsive. Au niveau du fond 17 de l'unité de charge propulsive, le corps de douille 10 est fermé par un couvercle de douille 18, de préférence étanche aux fluides 20 et aux liquides. Le corps de douille 10 et le couvercle de douille 18, dans le présent exemple, sont fabriqués dans une matière plastique. Ils peuvent également être fabriqués dans un métal ou dans un autre matériau adéquat. On comprendra que la granularité du nitrate d'ammonium peut 25 aller de très fin à relativement grossier. The propellant charge unit shown in FIG. 1 has the form of a cartridge and comprises a socket body 10, the interior space of which is subdivided into two chambers 11, 12. A propellant charge placed in the charge unit propellant consists of a nitrocellulose propellant 13, for example nitrocellulose powder, in chamber 11 and ammonium nitrate powder 14 in chamber 12, which are arranged one behind the other in the axial direction 20, the chamber 11 being located directly on the bottom 17 of the propellant charge unit. At the bottom 17 of the propellant charge unit, the socket body 10 is closed by a socket cover 18, preferably impermeable to fluids 20 and to liquids. The socket body 10 and the socket cover 18, in the present example, are made of plastic. They can also be made of metal or other suitable material. It will be understood that the granularity of the ammonium nitrate can range from very fine to relatively coarse.

Au niveau du fond 17, le corps de douille 10 comporte encore une zone en collerette 19 grâce à laquelle l'unité de charge propulsive peut reposer sur les flancs d'un porte-cartouche d'un outil de scellement (non représenté). At the bottom 17, the sleeve body 10 also has a flanged area 19 by which the propellant charge unit can rest on the sides of a cartridge holder of a sealing tool (not shown).

Dans la cavité de cette zone en collerette 19 est logé un moyen d'amorçage 15. In the cavity of this flanged zone 19 is housed an initiating means 15.

Les deux chambres 11, 12, dans le présent exemple de réalisation, sont séparées l'une de l'autre de manière 5 étanche aux fluides par un élément séparateur 16.1 fait dans une plaque de carton nitrocellulosique. The two chambers 11, 12, in the present embodiment, are separated from each other in a fluid-tight manner by a separating element 16.1 made in a plate of nitrocellulose cardboard.

Lors de l'amorçage de l'unité de charge propulsive par un dispositif d'un outil de scellement et par l'intermédiaire du moyen d'amorçage 15, l'agent propulseur nitrocellulosique 13 est tout d'abord amorcé, ce qui repousse ou déchire l'élément séparateur 16.1. Cet élément séparateur 16. 1 ou carton nitrocellulosique prend part à la combustion lors de l'allumage de l'unité de charge propulsive et est entièrement consumé, si bien qu'il ne 15 reste pas de résidus. La pression de la combustion fait s'ouvrir l'unité de charge propulsive ou la cartouche par sa partie avant et la poudre de nitrate d'ammonium 14 est mélangée avec le reste de l'agent propulseur nitrocellulosique 13, ce qui assure une combustion 20 optimale. Au niveau de l'outil, ce mélange peut par exemple être favorisé par une chambre de tourbillonnement montée en aval du porte- cartouche. La combustion se produit sans libération de substances toxiques et sans formation de scories. When the propellant charge unit is primed by a device of a sealing tool and by means of the priming means 15, the nitrocellulosic propellant 13 is first primed, which repels or tears the separating element 16.1. This separator element 16. 1 or nitrocellulose cardboard takes part in the combustion when the propellant charge unit is ignited and is completely consumed, so that no residue remains. The pressure of the combustion causes the propellant charge unit or the cartridge to open through its front part and the ammonium nitrate powder 14 is mixed with the rest of the nitrocellulosic propellant 13, which ensures combustion 20 optimal. At the level of the tool, this mixture can for example be favored by a swirl chamber mounted downstream of the cartridge holder. Combustion occurs without the release of toxic substances and without the formation of slag.

Pendant le stockage, la poudre de nitrate d'ammonium 14 est bien protégée de l'accès de l'humidité par son stockage fermé dans la chambre 12. During storage, the ammonium nitrate powder 14 is well protected from moisture access by its closed storage in the chamber 12.

L'unité de charge propulsive représentée à la figure 2 diffère d'abord de celle de la figure 1 en ce que le corps 30 de douille 10 est fait dans un film de plastique rigide (film de blister). Le couvercle de douille 18, par contre, est fait dans un film mince, éventuellement métallisé. The propellant charge unit shown in Figure 2 differs first from that of Figure 1 in that the sleeve body 30 is made of a rigid plastic film (blister film). The sleeve cover 18, on the other hand, is made of a thin film, possibly metallized.

L'élément séparateur 16.2 entre la chambre 11 contenant l'agent propulseur nitrocellulosique 13 et la chambre 12 5 avec la poudre de nitrate d'ammonium présente la forme d'un film en forme de godet qui, dans la région en collerette 19, se superpose au film du corps de douille 10 et lui est soudé ou collé au moins à cet endroit. Le moyen d'amorçage 15 est stocké séparément. Lors de l'amorçage de l'unité de 10 charge propulsive, la nitrocellulose s'enflamme tout d'abord et détruit les films de l'élément séparateur 16.2 et du corps de douille 10 dans sa partie antérieure. The separating element 16.2 between the chamber 11 containing the nitrocellulosic propellant 13 and the chamber 12 5 with the ammonium nitrate powder has the form of a cup-shaped film which, in the flanged region 19, is superimposed on the film of the sleeve body 10 and is welded or glued to it at least at this point. The priming means 15 is stored separately. When the propellant charge unit is primed, the nitrocellulose first ignites and destroys the films of the separating element 16.2 and of the sleeve body 10 in its front part.

L'agent propulseur nitrocellulosique 13 et la poudre de nitrate d'ammonium 14, dans la suite de la combustion, se 15 mélangent, comme cela a été décrit, et brûlent intégralement sans aucun produit toxique de réaction. The nitrocellulosic propellant 13 and the ammonium nitrate powder 14, in the course of combustion, mix, as described, and burn completely without any toxic reaction product.

Dans le cas d'unités de charge propulsive montées en magasins, les zones en collerette 19 de deux unités de charge propulsive voisines peuvent être reliées 20 mutuellement, ce qui constitue des bandes formant magasin. In the case of propellant charge units mounted in magazines, the flanged areas 19 of two neighboring propellant charge units can be connected to one another, which constitutes magazine bands.

Une cartouche selon l'invention peut également présenter un corps de douille formé d'une seule pièce avec le fond, l'ouverture antérieure de la cartouche étant repliée et rendue étanche pour fermer la cartouche. A cartridge according to the invention can also have a sleeve body formed in one piece with the bottom, the front opening of the cartridge being folded back and sealed to close the cartridge.

Claims

1. Propellant charge unit, such as a cartridge, for sealing tools actuated by internal combustion, with a sleeve body (10) and with a propellant charge 5 disposed in the interior space of the sleeve body (10) and with at least one priming means (15) for the propellant charge, characterized in that a first chamber 10 (11) and a second chamber (12) are arranged in the interior space of the sleeve body (10), at least the second chamber (12) is closed in a fluid-tight manner, the first chamber (11) containing a nitrocellulose-based propellant (13) and the second chamber (12) ammonium nitrate powder (14) propellant charge.

2. propellant charge unit according to claim 1, characterized in that the two chambers (11, 12) are arranged one behind the other in the axial direction (20) of the socket body (10).

3. propellant charge unit according to claim 1 or 20 2, characterized in that the priming means or (15) are arranged at the bottom (17) of the propellant charge unit and in that the powder of ammonium nitrate (14) is placed in the chamber (12) situated opposite the priming means or (15) and in that the nitrocellulose-based propellant (13) is placed in the chamber (11) facing the priming means or (15).

4. propellant charge unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the propellant charge unit has the form of a cartridge.

5. propellant charge unit according to one of 5 claims 1 to 4, characterized in that the two chambers (11, 12) are separated from each other by a separating element (16.1, 16.2).

6. propellant charge unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the separating element (16.2) has the shape of a disc and is made of nitrocellulosic cardboard.

7. propellant charge unit according to one of claims 1 to 3 and 5 to 6, characterized in that the propellant charge unit has the form of a blister.

8. propellant charge unit according to one of claims 1 to 5 and 7, characterized in that the separating element (16.2) has the shape of a bucket and is made of an optionally rigid plastic film.